计算机组成原理复习题.docx
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计算机组成原理复习题
计算机组成原理复习题要点
MCU+NP
ECS的硬件是电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。
其中运算器和存储器称为CPU（MPU/uP），CPU和内存储器称为主机。
冯诺依曼型计算机采用了存储程序方案，这是计算机自动化工作的关键。
计算机的软件是计算机系统结构的重要组成部分。
计算机软件一般分为系统软件和应用程序软件两大类。
系统软件是指为了方便用户和发挥计算机的效率，向用户提供的一系列软件，它包括操作系统、语言类程序、各种服务性程序和数据库管理系统等，系统软件的作用是对计算机系统进行管理、调度、监控和维护。
应用软件是为了解决科学计算或信息处理等而编制的程序，是计算机厂家或用户自己开发的程序。
计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由硬联逻辑、微程序机器级、实际机器级、操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、应用语言虚拟机组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。
1：
计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。
2：
早期将运算器和控制器合在一起称为CPU（中央处理器）
3：
存储程序并按地址顺序执行，这是冯.诺依曼型计算机的工作原理，也是CPU自动工作的关键
4：
计算机系统是一个由硬件、软件组成的多层次结构，它通常由微程序级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成。
5:
CPU和内存称为主机。
2*3=610*011=10+100
1：
负数的加法要利用补码化为加法来做，减法运算当然也要设法化为加法来做。
2：
数的真值变成机器码时有四种表示方法：
原码表示法、反码表示法、补码表示法、移码表示法。
3：
移码主要用于表示浮点数的阶码E，以利于比较两个指数的大小和对阶操作。
4：
尾数运算结果的符号位与最高数值为同值，应执行左规格处理。
存储器是计算机系统的记忆设备，用来存放程序和数据。
出于对存储器大容量、低成本、高速度的要求，目前的计算机系统通常采用Cache-主存-辅存三级存储器体系结构。
Cache-主存层次用于解决CPU与主存之间的速度匹配问题，从而提高数据的传输率。
主存-辅存层次用于解决CPU与主存之间大容量与低成本之间的矛盾。
三层存储器之间构成一个整体，从而满足不用应用的需要。
1：
根据存储器在系统中的作用，可分为内部存储器、外部存储器；又可分为主存储器、高速缓冲存储器、辅助存储器、控制存储器。
半导体存储器是内部存储器，磁盘是外部存储器，又是辅助存储器。
2：
主存储器的性能指标主要是存储器容量、存取时间、存储周期和存储器带宽。
3：
当两个端口的地址不相同时，在两个端口进行读写操作，一定不会发生冲突；当两个端口同时存取存储器同一个存储单元时，便发生读写冲突。
当两个端口均为开放状态（BUSY为高电平）且存取地址相同时，发生读写冲突。
4：
一个由若干个模块组成的主存储器是线性编址的。
这些地址在各模块中如何安排，有两种方式：
一种是顺序方式，一种是交叉方式。
5：
交叉方式的存储器可以实现多模块流水式并行存取，大大提高存储器的带宽。
6：
cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术。
并且发展成为多级cache体系，指令cache与数据cache分设体系。
7：
地址映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式三种。
9：
SRAM和DRAM都是半导体随机读写存储器，前者速度比后者快，但集成度不如后者高。
二者的有点是：
体积小，价格低廉，可靠性高，缺点是断电后不能保存信息。
10：
闪速存储器能提供高性能，低功耗，高可靠性以及瞬时启动能力是一种全新的存储体系结构，因此可作为固态盘。
1：
数据的寻址方式有：
隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、基址寻址，变址寻址、块寻址、段寻址等多种。
常用的三种寻址方式是：
相对寻址、基址寻址、变址寻址。
2：
按操作数的物理位置不同，有RR型和RS型。
前者比后者执行的速度快。
1：
CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有如下四个方面的基本功能：
指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。
2：
程序的顺序控制称为指令控制。
由于程序是一个指令序列，这些指令的相互顺序不能任意颠倒，必须严格按程序规定的顺序进行，因此，保证机器按顺序执行程序是CPU的首要任务。
3：
CPU的基本组成部分变成了运算器、L1cache、控制器三大部分。
4：
CPU中至少有如下六种寄存器：
指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、数据地址寄存器（AR）、数据缓冲寄存器（DR）、通用寄存器（R0~R3）、状态条件寄存器（PSW）。
5：
CPU每取出一条指令并执行这条指令，都要完成一系列的操作，这一系列的操作所需的时间通常叫做一个指令周期。
指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。
CISC中，由于各种指令的操作功能不同，各种指令的周期是不尽相同的。
6：
在任何情况下，已定的指令在执行时所需的机器周期数和时钟周期数都是固定不变的，称为同步控制方式。
7：
微程序控制器由：
控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。
控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序，它是一种只读存储器。
8：
微程序设计技术是利用软件方法设计操作控制器的一门技术，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中得到了广泛应用。
9：
硬连接控制器的基本思想是：
某一微操作控制信号是指令操作码译码输出、时序信号和状态条件信号的逻辑函数，即用布尔代数写出逻辑表达式，然后用门电路、触发器等器件实现。
10：
一条机器指令对应一个微程序，这个微程序是由若干条微指令序列组成的。
因此，一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现。
一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成，由微指令进行解释和执行。
（2）从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系来看，前者与内存储器有关，后者与控制存储器有关。
与此相关，也有相对应的硬件设备。
1：
总线的特性：
物理特性、功能特性、电气特性、时间特性。
2：
通过适配器可以实现高速CPU与低速外设之间的工作速度上的匹配和同步，并完成计算机和外设之间所有数据传送和控制。
适配器通常称为接口。
3：
总线的第一次信息传送过程，可分为如下五个阶段：
请求总线，总线仲裁，寻址，信息传送，状态返回。
3：
PCI总线（64位，带宽264MB/s）。
衡量总线性能的重要指标是总线带宽，它定义为总线本身所能达到的最高传输速率。
2Mb/s230KB/s
1：
外围设备这个术语涉及到相当广泛的计算机部件。
事实上，除了CPU和主存外，计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待。
当代流行的总线追求与结构、CPU、技术无关的开发标准。
其总线内部结构包含：
数据传送总线（由地址线，数据线，控制线组成）；仲裁总线；中断和同步总线；公用线（电源、地线、时钟、复位等信号线）
2：
外围设备由三个基本部分组成：
存储介质，驱动装置，控制电路。
SP
PC:
CPU+nMCUMT:
MCU+NdspEcs:
4：
外围设备大体分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备、过程控制设备五大类。
5：
磁盘存储器的主要技术指标有：
存储密度、存储容量、平均存取时间、数据传输速率。
6：
显示适配器作为CRT与CPU的接口，由刷新存储器、显示控制器、ROMBIOS三部分组成。
1：
在多级中断中也使用中断堆栈保存现场信息。
2：
CPU对外围设备的管理方式有：
程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式。
3：
中断处理过程可以嵌套进行，优先级高的设备可以中断优先级低的中断服务程序。
4：
DMA技术的出现，使得外围设备可以通过DMA控制器直接访问内存。
5：
DMA方式采用以下三种方法：
停止CPU访问、周期挪用、DMA与CPU交替访内。
6:
由于存储器的地址码是一串布尔量序列，因此常常把地址码称为向量地址。
7：
当CPU响应中断时，有硬件直接产生一个固定的地址，由向量地址指出每个中断源设备的中断服务程序入口，这种方法通常称为向量中断。
1、比较通道、DMA、中断三种基本I/O方式的异同点。
答:
CPU管理外围设备主要有程序查询方式、查询中断方式、直接内存访问（DMA）访问方式和通道方式。
上述三种I/O方式计算机信息交换的主要方式。
（1）通道方式：
可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送，大大提高了CPU的工作效率。
（2）DMA方式：
数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问时间的控制。
需要更多硬件，适合内存和高速外设之间大批数据交换的场合。
（3）中断方式：
一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即执行，节省了CPU的时间开销，但硬件结构稍微复杂一些。
2、微程序控制器组成原理框图如下，简述各部件的功能及微程序控制器对指令的译码过程。
答:
（1）微程序控制器主要包括控制存储器、微指令寄存器、地址转移逻辑和位地址寄存器等4大部分。
各部件的功能如下：
控制存储器：
用来存放实现全部指令系统的微程序，是一种只读存储器。
微指令寄存器：
用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。
地址转移逻辑：
用来自动完成修改位地址的任务。
位地址寄存器：
用来存放下一条要取出的微指令的微地址。
（2）微程序对指令译码的过程如下：
根据指令寄存器IR中OP部分，在地址转移逻辑的控制下找到该指令对应的微程序入口地址，将该地址送给微地址寄存器；根据微地址寄存器中的地址经过微地址译码后，在控制存储器的对应单元中取出相应的微指令送给微命令寄存器，微命令寄存器中控制字段产生相应的微命令信号；此时如果没有发生地址转移，微指令寄存器指向下一条微指令。
如果有地址转移情况，地址转移逻辑通过判别测试字段P和执行部件的“状态条件”反馈信息，生成新的逻辑地址，并送给微地址寄存器，修改其当前的逻辑地址。
3、现代计算机系统如何进行多级划分？
这种分级观点对计算机设计会产生什么影响？
答:
现代计算机系统划分为五个层次：
（1）第一级是微程序设计级，是一个实在的硬件级，由机器硬件直接执行微指令；
（2）第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由程序解释机器指令系统；
（3）第三级是操作系统级，它由操作系统实现；
（4）第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性，提高程序的可读性；
（5）第五级是高级语言级，它是面向用户的，方便用户编写应用程序。
这种分级观点的好处是：
对于掌握计算机是如何组成的提供了一种好的结构和体制，便于读者理解；同时用这种观点来设计计算机对保证产生一个良好的系统结构也是很有帮助的。
5.冯诺依曼计算机的特点是什么？
冯诺依曼计算机的特点是：
计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；
指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；
指令和数据均用二进制表示；
指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；
指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；
机器以运算器为中心（原始冯·诺依曼机）。
7.解释下列概念：
主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
主机：
是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：
中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。
主存：
计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元：
可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件：
存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。
存储字：
一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长：
一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量：
存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。
机器字长：
指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长：
一条指令的二进制代码位数。
6.比较同步通信和异步通信。
答：
同步通信：
指由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。
适合于速度差别不大的场合。
异步通信：
指没有统一时钟控制的通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。
25.Cache做在CPU芯片内有什么好处？
将指令Cache和数据Cache分开又有什么好处？
答：
Cache做在CPU芯片内主要有下面几个好处：
1）可提高外部总线的利用率。
因为Cache在CPU芯片内，CPU访问Cache时不必占用外部总线。
2）Cache不占用外部总线就意味着外部总线可更多地支持I/O设备与主存的信息传输，增强了系统的整体效率。
3）可提高存取速度。
因为Cache与CPU之间的数据通路大大缩短,故存取速度得以提高。
将指令Cache和数据Cache分开有如下好处：
1）可支持超前控制和流水线控制，有利于这类控制方式下指令预取操作的完成。
2）指令Cache可用ROM实现，以提高指令存取的可靠性。
3）数据Cache对不同数据类型的支持更为灵活，既可支持整数（例32位），也可支持浮点数据（如64位）。
2.控制单元的功能是什么？
其输入受什么控制？
答：
控制单元的主要功能是发出各种不同的控制信号。
其输入受时钟信号、指令寄存器的操作码字段、标志和来自系统总线的控制信号的控制。
3.什么是指令周期、机器周期和时钟周期？
三者有何关系？
答：
CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期；
机器周期是在同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作（指令步）所需时间，通常安排机器周期长度等于主存周期；
时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基本的时序单位，对应完成一个微操作所需时间，通常时钟周期等于计算机主频的倒数。
在计算机系统中，CPU管理外围设备也有几种类似的方式：
1程序查询方式
程序查询方式是早期计算机中使用的一种方式。
数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，查询方式的优点是CPU的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简单。
但问题是，外围设备动作很慢，程序进入查询循环时将白白浪费掉CPU很多时间。
这种情况同上述例子中第一种方法相仿，CPU此时只能等待，不能处理其他业务。
即使CPU采用定期地由主程序转向查询设备状态的子程序进行扫描轮询的办法，CPU宝贵资源的浪费也是可观的。
因此当前除单片机外，很少使用程序查询方式。
2程序中断方式
中断是外围设备用来“主动”通知CPU，准备送出输入数据或接收输出数据的一种方法。
通常，当一个中断发生时，CPU暂停它的现行程序，而转向中断处理程序，从而可以输入或输出一个数据。
当中断处理完毕后，CPU又返回到它原来的任务，并从它停止的地方开始执行程序。
这种方式和我们前述例子的第二种方法相类似。
可以看出，它节省了CPU宝贵的时间，是管理I/O操作的一个比较有效的方法。
中断方式一般适用于随机出现的服务，并且一旦提出要求，应立即进行。
同程序查询方式相比，硬件结构相对复杂一些，服务开销时间较大。
3直接内存访问（DMA）方式
用中断方式交换数据时，每处理一次I/O交换，约需几十微秒到几百微秒。
对于一些高速的外围设备，以及成组交换数据的情况，仍然显得速度太慢。
直接内存访问（DMA）方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。
这种方式既考虑到中断响应，同时又要节约中断开销。
此时，DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设备之间进行，以高速传送数据。
这种方式和前述例子的第三种方法相仿，主要优点是数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问时间的限制。
与中断方式相比，需要更多的硬件。
DMA方式适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。
4通道方式
DMA方式的出现已经减轻了CPU对I/O操作的控制，使得CPU的效率有显著的提高，而通道的出现则进一步提高了CPU的效率。
这是因为，CPU将部分权力下放给通道。
通道是一个具有特殊功能的处理器，某些应用中称为输入输出处理器（IOP），它可以实现对外围设备的统一管理和外围设备与内存之间的数据传送。
这种方式与前述例子的第四种方法相仿，大大提高了CPU的工作效率。
然而这种提高CPU效率的办法是以花费更多硬件为代价的。
5外围处理机方式
外围处理机（PPU）方式是通道方式的进一步发展。
由于PPU基本上独立于主机工作，它的结构更接近一般处理机，甚至就是微小型计算机。
在一些系统中，设置了多台PPU，分别承担I/O控制、通信、维护诊断等任务。
从某种意义上说，这种系统已变成分布式的多机系统。
程序查询方式和程序中断方式适用于数据传输率比较低的外围设备，而DMA方式、通道方式和PPU方式适用于数据传输率比较高的设备。
目前，单片机和微型机中多采用程序查询方式、程序中断方式和DMA方式。
通道方式和PPU方式大都用在中、大型计算机中。
计算机组成原理习题
一、填空题
1.存储A.______并按B.______顺序执行,这是冯·诺依曼型计算机的工作原理。
3.下列数中最大的是______。
A．（10010101）2=128+16+4+1=149
B．（227）8=10010111=151
C．（96）16=01010110
D．（143）10
4.设寄存器位数为8位，机器数采用补码形式（一位符号位），对应于十进制数-27，寄存器内为______。
A．（27）16B．（9B）16C．（E5）16D．（5A）16
5.计算机的存储器系统是指______。
A．RAM存储器B．ROM存储器C．主存储器D．主存储器和外存储器
6.算术/逻辑运算单元74181ALU可完成______。
A．16种算术运算功能B．16种逻辑运算功能
3.闪速存储器特别适合于A.______微型计算机系统，被誉为B.______而成为代替磁盘的一种理想工具。
1.计算机的硬件是电子器件等构成的，它包括存储A.______、B.______、C.______、输入设备、输出设备。
3.移码表示法主要用于表示浮点数的A.______码，以利于比较两个B.______数的大小和进行C.______操作。
4.广泛使用的A.______和B.______都是半导体随机读写存储器，它们共同的缺点是C.______。
5.多个用户共享主存时，系统应提供A.______。
通常采用的方法是B.______保护和C.______保护，并用硬件来实现。
6.从操作数的物理位置来说，可将指令归结为三种类型：
存储器-存储器型，A.______，B.______。
2.计算机的A.______是计算机B.______结构的重要组成部分,也是计算机不同于一般电子设备的本质所在。
3.一个定点数由A.______和B.______两部分组成。
8.PCI总线采用A.______仲裁方式，每一个PCI设备都有独立的总线请求和总线授权两条信号线与B.______相连。
9.直接内存访问（DMA）方式中，DMA控制器从CPU完全接管对A.______的控制，数据交换不经过CPU,而直接在内存和B.______之间进行。
4.主存储器的性能指标主要是A.______、B.______、存储周期和存储器带宽。
5.条件转移、无条件转移、转子程序、返主程序、中断返回指令都属于A.______类指令，这类指令在指令格式中所表示的地址不是B.______的地址，而是C.______的地址。
6.主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、A.______和B.______。
6.形成指令寻址的方式，称为指令寻址方式，有顺序寻址和A.______寻址两种，使用B.______来跟踪。
7.INTEL多媒体CPU是带有A.______技术的处理器，它是一种多媒体扩展结构技术，特别适合于B.______处理。
1.存储A.______并按B.______顺序执行,这是冯?
诺依曼型计算机的工作原理。
2.汉字的A.______、B.______、C.______是计算机用于汉字输入、内部处理、输出三种不同用途的编码。
4.CPU能直接访问A.______和B.______,但不能直接访问磁盘和光盘。
8.字节多路通道可允许多个设备进行A.______型操作，数据传送单位是B.______。
7.RISC机器一定是A._______CPU,但后者不一定是RISC机器,奔腾机属于B.______机器。
8.计算机系统中，根据应用条件和硬件资源不同，数据传输方式可采用：
A.______传送、B.______传送和C.______传送。
9.软磁盘和硬磁盘的A.______记录方式基本相同,但在B.______和C.______上存在较大差别。
5.指令格式是指令用A.______表示的结构形式,通常格式中由操作码字段和B.______字段组成。
7.运算器的两个主要功能是：
A.______，B.______。
1.A.程序B.地址
1.A.运算器B.存储器C.控制器
2.A.程序B.地址
3.A.阶码B.指C.对阶
3.A.便携式B.固态盘
4.A.存储容量B.存取时间
5.A.程序控制类B.操作数C.下一条指令
6.A.寄存器—寄存器型B.寄存器—存储器型
2.A.软件B.系统
3.A.符号位B.数值域
4.A.cacheB.主存4.A.SRAMB.DRAMC.断电后不能保存信息
1.A.程序B.地址
2.A.输入编码（或输入码）B.内码（或机内码）C.字模码
8.A.集中式B.中央仲裁器
9.A.总线B.I/O设备（或输入输出设备）
9.A.存储原理B.结构C.性能
5.A.二进制代码B.地址码
5.A.存储保护B.存储区域C.访问方式
6.A.跳跃B.程序计数器
7.A.MMXB.图像数据
8.A.传输B.字节
7.A.算术运算B.逻辑运算
8.A.并行B.串行C.复用
6.A.存储周期B.存储器带宽
7.A.流水B.CISC
二、选择题
1.目前我们所说的个人台式商用机属于______。
A.巨型机B.中型机C.小型机D.微型机
2.（2000）10化成十六进制数是______。
A．（7CD）16B.（7D0）16C.（7E0）16D.（7F0）16
3.下列数中最大的数是______。
A．（10011001）2B.（227）8C.（98）16D.（152）10
4.______表示法主要用于表示浮点数中的阶码。
A.原码B.补码C.反码D.移码
16.硬盘记录方式采用______。
A.单面双密度B.双面双密度
C.双面高密度D.双面单密度
17.CRT的分辨率为1024×1024像素，像素颜色数为256，则刷新存储器的容量是______。
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